Motor Stepper

Motor stepper adalah motor listrik yang dikendalikan dengan pulsa-pulsa digital, bukan dengan memberikan tegangan yang terus-menerus. Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor stepperdiperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Motor stepper merupakan motor yang digunakan bila dikehendaki jumlah perputaran yang tepat atau diperlukan perputaran sebagian dari perputaran motor.
Pada dasarnya ada dua jenis motor stepper, yaitu bipolar dan unipolar. Sebuah motor stepper akan bekerja atau berputar 1 step apabila terjadi perubahan arus pada koil – koilnya, sehingga mengubah pole- pole magnetik di sekitar pole – pole stator.Deretan pulsa diterjemahkan menjadi putaran shaft, dimana setiap putaran membutuhkan jumlah pulsa yang ditentukan. Satu pulsa menghasilkan satu kenaikan putaran atau step, yang merupakan bagian dari satu putaran penuh. Oleh karena itu, perhitungan jumlah pulsa dapat diterapkan untuk mendapatkan jumlah putaran yang diinginkan. Perhitungan pulsa secara otomatis menujukkan besarnya putaran yang telah dilakukan, tanpa memerlukan informasi balik(feedback).

Ketepatan kontrol gerak motor stepper terutama dipengaruhi oleh jumlah step tiap putaran; semakin banyak jumlah step, semakin tepat gerak yang dihasilkan. Untuk ketepatan yang lebih tinggi, beberapa driver motor stepper membagi step normal menjadi setengah step(half step) atau mikro step.

Bagian-bagian dari motor stepper yaitu tersusun atas rotor, stator, bearing, casing dan sumbu. Sumbu merupakan pegangan dari rotor dimana sumbu merupakan bagian tengah dari rotor, sehingga ketika rotor berputar sumbu ikut berputar. Stator memiliki dua bagian yaitu pelat inti dan lilitan. Plat inti dari motor stepper ini biasanya menyatu dengan casing. Casing motor stepper terbuat dari aluminium dan ini berfungsi sebagai dudukan bearing dan stator pemegangnya adalah baud sebanyak empat buah. Di dalam motor stapper memiliki dua buah bearing yaitu bearing bagian atas dan bearing bagian bawah.

Pada motor stepper umumnya tertulis spesifikasi Np (= pulsa / rotasi). Sedangkan kecepatan pulsa diekspresikan sebagai pps (= pulsa per second) dan kecepatan putar umumnya ditulis sebagai ω (= rotasi / menit atau rpm). Kecepatan putar motor stepper (rpm) dapat diekspersikan menggunakan kecepatan pulsa (pps) sebagai berikut.

Oleh karena 1 rotasi = 360 o, maka tingkat ketelitian motor stepper dapat diekspresikan dalam rumus sebagai berikut.

Motor stepper merupakan motor listrik yang tidak mempunyai komutator, di mana
semua bagiannya merupakan bagian dari stator. Dan pada rotornya hanya merupakan magnet
permanen. Semua komutasi setiap lilitan harus dikontrol secara eksternal sehingga motor stepper ini dapat dikontrol sehingga dapat berhenti pada posisi yang diinginkan atau bahkan berputar kearah berlawanan. Gerakan motor stepper diatur melalui eksitasi pada kumparan statornya.










Gambar Mekanisme Putaran Motor Stepper
Tidak seperti motor ac dan dc konvensional yang berputar secara kontinyu, perputaran motor stepper adalah secara incremental atau langkah per langkah (step by step). Gerakan motor stepper sesuai dengan pulsa-pulsa digital yang diberikan. Seperti halnya motor konvensional dc biasa, motor stepper juga dapat berputar dalam dua arah yaitu searah jarum jam (CW) atau berlawanan arah jarum jam (CCW) yaitu dengan memberikan polaritas yang berbeda.

Pada dasarnya motor stepper dikelompokkan menjadi 3 jenis, yaitu:
1. Permanent Magnet (PM)
Sesuai namanya, Motor stepper berjenis PM memiliki rotor berupa magnet permanen. Biasanya memilki kecepatan rendah, alat dengan torsi rendah dan sudut langkah besar, bisa 45 atau 90 derajat

Gambar diatas merupakan magnet permanent sederhana 90 derajat motor magnet permanent dengan empat phase (AD).

2. Variable Reluctance (VR)
Motor stepper jenis ini memiliki bentuk rotor yang unik yaitu berbentuk silinder dan pada semua unitnya memiliki gerigi yang memiliki hubungan dengan kutub-kutub stator. Rotor pada magnet tipe ini tidak menggunakan magnet permanent. Stator terlilit oleh lilitan sehingga pada saat teraliri arus, stator akan menghasilkan kutub magnet. Jumlah gerigi pada rotor akan menentukan langkah atau step motor. Perbedaan motor stepper berjenis PM dengan VR yaitu motor berjenis VR memiliki torsi yang relatif lebih kecil dibanding dengan motor stepper berjenis PM. Hal lain yang dapat dilihat adalah sisa kemagnetan sangat kecil sehingga pada saat motor stepper tidak dialiri arus maka ketika diputar tidak ada torsi yang melawan. Sudut langkah motor stepper berjenis VR ini bervariasi yaitu sekitar sampai dengan 30o. Motor stepper berjenis VR ini memiliki torsi yang kecil. Sering ditemukan pada printer dan instrumen-instrumen pabrik yang ringan yang tidak membutuhkan torsi yang besar.

Seperti pada gambar diatas, motor mempunyai 3 pasang kutub stator (A, B, C) yang diset terpisah 15 derajat. Arus dialirkan ke kutub A melalui lilitan motor yang menyebabkan tarikan magnetic yang menyejajarkan gigi rotor kekutub A. jika kita memberi energi kekutub B maka akan menyebabkan rotor berputar 15 derajat sejajar kutub B. proses ini akan berlanjut kekutub C dan kembali kekutub A searah dengan jarum jam.

3. Permanent Magnet – Hybrid (PM-H)
Permanent magnet hybrid merupakan penyempurnaan motor stepper di mana motor stepper ini memiliki kecepatan 1000step/detik namun juga memiliki torsi yang cukup besar sehingga dapat dikatakan bahwa PM-H merupakan motor stepper kombinasi antara PM dan VR motor stepper. Motor hybrid mengkombinasikan karakteristik terbaik dari motor variable reluktansi dan motor magnet permanent. Motor ini dibangun dengan kutub stator yang banyak-gigi dan rotor magnet permanent. Motor hybrid standar mempunyai 200 gigi rotor dan berputar pada 1,8 derajat sudut step. Karena memperlihatkan torsi tinggi dan dinamis serta berputar dengan kecepatan yang tinggi maka motor ini digunkan pada aplikasi yang sangat luas.


Pengendalian motor stepper dilakukan dengan mengaktifkan setiap kumparan secara bergantian. Untuk motor stepper unipolar yang terdiri dari 4 kumparan terdapat 4 phase sedangkan untuk motor stepper bipolar yang terdiri dari 2 kumparan terdapat 2 phase. Seringkali untuk menghemat kabel, pada motor stepper unipolar ada beberapa polaritas kumparan yang digabung seperti tampak pada gambar 4. Oleh karena itu akan sering juga dijumpai unipolar stepper dengan 6 atau 5 kabel.










Sistem Kerja Motor Stepper











Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper diperlukan rangkaian pengendali yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Dengan kombinasi bit tertentu, arah perputaran dapat searah jarum jam maupun berlawanan arah jarum jam, tergantung konfigurasi bit yang diberikan. Dengan menggunakan half step besarnya perputaran semakin kecil.

Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya antara lain adalah :
• Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur.
• Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak
• Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi
• Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran)
• Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC
• Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel langsung ke porosnya
• Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.